台灯自动开关盒.doc

1、 台灯自动开关盒系 、 部： 电气与信息工程学院学生姓名： 唐建芳 指导教师： 陈坚 专 业： 电子信息工程 班 级： 0901 完成时间： 2012/11/25 目录1 任务和要求41.1设计任务41.2基本设计要求41.3 提高部分42 方案设计52.1整体电路框图52.2 结构图说明53 设计原理图及主要元器件的介绍63.1 设计总电路图63.2 电路图分析63.2.1 电源部分63.2.2 感应部分73.2.3 控制部分73.3主要元器件的介绍73.3.1桥式整流电路73.3.2 555定时器构成多谐振荡器93.3.3光敏电阻103.3.3三端集成稳压器的电路结构及主要特性参数103.

2、3.4 电路原理114 实物电路的调试与测试分析124.1 电路的调试124.1.1 出现的问题和解决方法124.1.2 调试的收获124.2 电路的测试135 心得体会14参考文献15附录16A总电路图16B元器件清单17摘 要电路通过使用模拟电子元件和数字电子元件构成一个台灯自动开关盒的设计。采用热释电红外传感专用控制模块制作而成的红外感应自动灯，真正做到有人灯亮，人走灯灭。同时，装置还设置了光控电路，白天电路自动封闭，无论有人否，电灯都不会亮。关键字 ：模拟电子元件；数字电子元件；台灯自动开关盒；红外感应1 任务和要求1.1设计任务设计并制作一个“台灯自动开关盒”。1.2基本设计要求1.

3、2.1 设计并制作一个台灯自动开关盒，以实现“人来灯亮，人走灯灭，光照灯灭”等节电功能。 1.2.2 台灯盒有交流电源输入线和交流电源输出插座，输出可接额定电压220V，功耗不大于60W的台灯。 1.2.3 具有两个传感器，即： （1）光敏传传感器。将其安装在开关盒适当的地方，作为检测光照； （2）对人体敏感的传感器，感应人体接近； 1.2.4 自动开关盒做好后，将台灯的电源插头插入开关盒的电源输出插座，便可实现如下功能： （1）在晚上，当没有足够的光源照到光敏元件上时，若有人靠近台灯，它便自动发光，人离开台灯后，能自动断开电源； （2）在白天有足够强的光线（以适合于阅读为标准）照射到光敏元件

4、上时，无论人靠近台灯，它都不会亮； 1.2.5 除220V交流电源外，不允许接其它电源。1.3 提高部分1.3.1 安装自己设计的电路 （1）检查元器件。 （2）对电路进行组装：按照自己设计的电路，在PCB板上插接元器件并焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。1.3.2 通电调式 （1）通电测试：对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。 （2）通电调试：经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。1.3.3 书写调试报告。2 方案设计2.1整体电路框图人体感应器控制单元台 灯 人移动信号光敏感应器光信号图1 台灯自动开关盒框图在框图

5、的指导下，将220V电压经过降压，而后稳压，再通过人体感应器、光敏感应器和控制单元，从而实现台灯自动控制。2.2 结构图说明2.2.1图1中有三个主要部分：（1）光敏感应器，其作用就是将感觉到的光信号的强弱转化为电阻的大小，并实时告诉控制元件；（2）红外感应器，其作用是感觉近距离内有没有人靠近，并实时告诉控制元件；（3）控制元件，其作用是根据台灯周围的光线和是否有人靠近来控制灯的亮与灭。3 设计原理图及主要元器件的介绍3.1 设计总电路图图2 总电路图3.2 电路图分析3.2.1 电源部分 在图3-2-1中左上为电源部分，由电容C1、C2、C3、C4，电阻R1，整流桥D1，三端稳压器7809共

6、同组成。使用C1和C2将交流220V电降至10V左右，经单相整流电桥整流和电容C3滤波后，由三端固定稳压器7809输出稳定的9V直流电压。电容C4用于抑制7809可能产生的自激，电阻R1为泄放电阻，作用是停电以后，释放C1和C2中储存的电荷。3.2.2 感应部分（1）红外感应器红外感应器LHI907，它利用红外技术，当有人靠近时，里面电荷发生变化，输出信号。（2）光敏传感器光敏电阻GM感知光线的强度，它是电阻值随光线强弱的变化而变化，光强时阻值变小，光弱时阻值变大。3.2.3 控制部分 由555多谐振荡器，三极管Q1、Q2，可控制硅97A8，电阻R3、R4、R5、R6，电容C5，共同组成。55

7、5的1、2、3、4、6、8端分别为接地端、低电平触发输出复位端、高电平触发端、电源端。为了防止光线在一定的范围内发生微小的变化而使得台灯时阴时暗，在555的2端（低电平触发端）接一个三极管T2，以锁定台灯的工作状态。3.3主要元器件的介绍3.3.1桥式整流电路输出电压平均值UO(AV) (a) (b)图3 单相全波桥式整流电路由图3的波形图可知，桥式整流电路的输出电压波形与全波整流电路一样，所以其输出电压平均值 (1)输出电压的脉动系数S (2)整流二极管正向平均电流ID(AV) 在桥式整流电路中，整流二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，因此，流过每个整流二极管的平均电流是电路输出电

8、流平均值的一半， (3)最大反向电压URM 桥式整流电路因其变压器只有一个副边绕组，在U2正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止，此时D2、D4所承受的最大反向电压为U2的最大值，即 (4)同理，在U2负半周时，D1、D3也承受同样大小的反向电压。变压器副边电流的有效值I2流过变压器副边绕组的电流正半周是半个正弦波，负半周是另一半正弦波，所以副边电流中无直流分量，变压器副边电流的有效值 (5)桥式整流电路与单相半波整流电路和单相全波整流电路相比，其明显的优点是输出电压较高，纹波电压较小，整流二极管所承受的最大反向电压较低，并且因为电源变压器在正负半周内都有电流流过，所以变压器绕组中流过的是交

9、流，变压器的利用率高。在同样输出直流功率的条件下，桥式整流电路可以使用小的变压器，因此，这种电路在整流电路中得到广泛应用。3.3.2 555定时器构成多谐振荡器555 定时器的电路结构及其功能 图 4为 555 定时器的内部逻辑电路和外引脚图，从结构上看， 555 电路由 2 个比较器、 1 个基本 RS 触发器、 1 个反相缓冲器、 1 个集电极开路的放电晶体管和 3 个 5k 电阻组成分压器组成。 图4 555 逻辑电路图和引脚图如图5，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2

10、向C充电，以及C通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图6所示。图5 555构成多谐振荡器 图6多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是： T= =0.7（R1+R2）C =0.7R2C 其中，为VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，为电容C放电所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。3.3.3光敏电

11、阻（1）结构通常由光敏层、玻璃基片（或树枝防潮膜）和电极等组成的。（2） 特性光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。（3）按制作材料分类：多晶和单晶光敏电阻器，还可分为硫化镉（CdS）、硒化镉(CdSe) 、硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)、锑化铟(InSb) 光敏电阻器等。3.3.3三端集成稳压器的电路结构及主要特性参数三端集成稳压器大多采用串联稳压方式。从图7所示方框图中可以看出，它由启动电路、基准电路、误差放大器、调整管、取样电阻及保护电路等组成

12、。它与分立元件的串联调整稳压器电路工作原理完全相同。图7 稳压集成电路原理框图3.3.4 电路原理当光线不够强，且有人靠近的时候，红外感应器检测到人靠近时，感应器的控制电路将输出一个高电平，在图2中我们可以看到这个高电平加在了Q1管的基极，三极管Q1导通，从而使得Q1的集电极处于高电平，由555定时器构成的多谐震荡器便开始工作。由于光线比较弱，光敏电阻阻值较大，此时G与R4的分压点的电压低于1/3*VCC，555电路的输出端（图2中555的第3端）输出高电平，使得可控硅97A6导通，台灯点亮。同时这个高电平通过R5加在了三极管Q2的基极，使Q2管导通，Q2管的集电极则处于低电平，从而锁定此种工

13、作。当人离开后台灯一定距离时，红外感应器的输出端将输出高电平，T1管经R2偏置导通，T1管的基电极便处于低电平，555多谐震荡器不工作。所以即使光线暗灯也不会亮。当光线比较强时，光敏电阻的阻值就比较小，G与R4的分压点的电压高于1/3*VCC，555电路的输出端输出低电平，则可控硅截止，此时，即使有人靠近灯也不会亮。4 实物电路的调试与测试分析4.1 电路的调试4.1.1 出现的问题和解决方法（1）仿真不现实。（2）封装时没有考虑到元器件的实际大小。（3）由于形状一样，将可控硅与三极管混淆。（4）在使用单排插时（便于调试），不小心遗漏了一个过孔（被单排插掩盖），几乎浪费了我一半的时间去检查。（

14、5）由于光敏电阻容易受光的影响，调试时注意周围的光源。（6）由于红外感应器很容易距离和受温度的影响，要考虑以下几点影响：A 考虑到红外感应器的感应范围在1-6米左右，测试时要注意人与电路板的距离。B 由于红外感应器的感应区在芯片上方，测试时人要在红外感应器的感应范围。C 由于红外感应器对温度比较敏感，所以测试时要隔绝或注意周围所有的热源，包括：电源模块的稳压芯片发热、电灯泡的发热、气温的影响、电烙铁 等等。4.1.2 调试的收获（1）由于第一次做控制方面的电路板，测试时容易受到周围环境的影响，因此要考虑到很多外在的因素。通过这次课程设计进一步加强了我电路设计和调试的经验（2）经过调试电路板，又

15、一次出现了常规错误，如：封装时与实物大小不一样、虚焊、电路图接错 等等。（3）通过跟老师的沟通，学到一些调试方法和技巧。、4.2 电路的测试4.2.1 当输入220V交流电压时 电源经变压、稳压后输出电压为：4.2.1 当在强光下测得数据（由外接12V直流供电）：测试对象测试结果555定时器2和6脚电压值555定时器工作状态台灯的状态光敏电阻的阻值变化4.2.1 当在弱光下测得数据（由外接12V直流供电）：（1）当人靠近时：测试对象测试结果红外感应器输出信号555定时器2和6脚电压值555定时器4脚电压值555定时器工作状态555定时器输出（3脚）电压台灯工作状态（2）当人远离时：测试对象测试

16、结果红外感应器输出信号555定时器2和6脚电压值555定时器4脚电压值555定时器工作状态555定时器输出（3脚）电压台灯工作状态5 心得体会通过这几周的课程设计，我们小组查阅了很多相关的资料，让我们学到了很多知识，使我们的视野得到了很好的拓展。加强了关于模电的知识，同时也发现了自身很多问题，我们的相关知识还是很有限，对模电的一些细节还不够深入理解，基础知识不够扎实。我们在制作电路板时，遇到了很多问题，在老师和同学的指导帮助下解决了很多难题，虽然本次制作的电路版没有实现相关功能，但是我们的动手操作能力得到了进一步的提升，对模电的知识进一步的了解和巩固，也发现自身不足之处。我们将通过后期学习和拓

17、展更多的知识，这次设计给我们指明了方向，让我们有了奋斗和努力的明确目标。参考文献1 陈有卿。新颖电子灯光控器，北京：机械工业出版社，2004。2 周良权。模拟电子技术基础，第二版，北京：高等教育出版社，2001。3 杨志忠。数字电子技术，北京：高等教育出版社，2003。4 陈梓城。电子技术实训，北京：机械工业出版社，2002。5 叶若华。模拟电子技术基础，北京：化工工业出版社，2000。附录A总电路图B元器件清单元器件名称型号数目红外感应器LHI9071三端稳压器L78091光敏电阻1555定时器（包括插座）NE555P1可控硅97A81LED灯若干（大于1个）三极管9013（NPN）各2个9012（PNP）整流桥RS1021单排插1短路帽4电容0.36uF2100uF40.1uF2电阻10k413k350022.7k322M1300k1发光二极管3种颜色各2个